JP2019205264A - Power unit for welding and output control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶接電流の出力制御方法および溶接用電源装置に関する。 The present invention relates to a welding current output control method and a welding power source apparatus.
アーク溶接装置で用いられる溶接用電源装置として、商用電源(例えば三相交流電源)を整流して直流に変換する一次側変換回路と、複数のスイッチング素子を含み、一次変換回路から入力される直流を高周波交流に変換するインバータ回路と、インバータ回路から入力される高周波交流をより低圧に変換する溶接トランス(変圧器)と、溶接トランスから入力される低圧な交流を整流して直流に変換し、溶接トーチおよび溶接対象に出力する二次側変換回路とを備えたものが知られている(特許文献1参照)。また、特許文献1では、4つの半導体スイッチング素子(トランジスタ等)をブリッジ状に配置してなるフルブリッジ方式のインバータ回路を用い、溶接トーチの電極(溶接ワイヤ)から溶接対象に流れる溶接電流の大きさを、インバータ回路のスイッチング制御によって調整している。より具体的に説明すると、フルブリッジ方式のインバータ回路では、対角に位置する2つのスイッチング素子を1ペアとし、オンさせるペアを交互に切り換えることで、直流を交流に変換している。そして、例えば各ペアをオンさせる期間(パルス幅)を調整するPWM変調方式を用いて、インバータ回路が出力する交流の大きさを調整している。 As a welding power supply device used in an arc welding apparatus, a direct current input from the primary conversion circuit includes a primary side conversion circuit that rectifies a commercial power supply (for example, a three-phase AC power supply) and converts it into a direct current, and a plurality of switching elements. An inverter circuit that converts high-frequency alternating current into a high-frequency alternating current, a welding transformer (transformer) that converts high-frequency alternating current input from the inverter circuit to a lower pressure, and a low-voltage alternating current input from the welding transformer is rectified and converted to direct current, One having a welding torch and a secondary conversion circuit that outputs to a welding target is known (see Patent Document 1). In Patent Document 1, a full-bridge inverter circuit in which four semiconductor switching elements (transistors or the like) are arranged in a bridge shape is used, and the magnitude of the welding current flowing from the welding torch electrode (welding wire) to the welding object This is adjusted by switching control of the inverter circuit. More specifically, in a full-bridge inverter circuit, two switching elements located diagonally are set as one pair, and a pair to be turned on is alternately switched to convert direct current into alternating current. And the magnitude | size of the alternating current which an inverter circuit outputs is adjusted using the PWM modulation system which adjusts the period (pulse width) which turns on each pair, for example.
アーク溶接装置で用いられる溶接用電源装置の場合、インバータ回路から変圧器に供給される高周波交流において、正負がほぼ釣り合っている場合には、特に問題は生じないが、正側または負側に偏りが生じた場合には、変圧器で偏磁が生じることがあり得る。そして、変圧器で偏磁が生じた場合、スイッチング素子に過大な電流が流れることに伴って、スイッチング素子が故障するおそれがある。 In the case of a welding power source device used in an arc welding device, there is no particular problem when the positive and negative are almost balanced in the high-frequency alternating current supplied from the inverter circuit to the transformer. When this occurs, there is a possibility that the magnetism is generated in the transformer. And when a bias magnetism arises in a transformer, there exists a possibility that a switching element may fail in connection with an excessive current flowing into a switching element.
特に、アーク溶接では、スパッタ等の発生を抑制する目的で、溶接ワイヤと溶接対象(ワーク)との間に形成される溶滴の状態に応じて、溶接電流の大きさを急激に増減させる制御が行われることがあり得る。このような制御を行う場合、インバータ回路から変圧器に供給される高周波交流が、正側または負側に偏りやすくなる。 In particular, in arc welding, control of increasing or decreasing the magnitude of the welding current abruptly according to the state of the droplet formed between the welding wire and the object to be welded (work) in order to suppress the occurrence of spatter and the like. Can be done. When performing such control, the high-frequency alternating current supplied from the inverter circuit to the transformer tends to be biased to the positive side or the negative side.
ここで、特許文献1では、インバータ回路の各スイッチング素子をオンさせるオンパルス幅を監視し、オンパルス幅の補正を行うことで、変圧器の偏磁を抑制している。しかしながら、上述した、溶接電流の大きさを急激に増減させるような制御を行う場合には、変圧器の偏磁を抑制することが困難である。 Here, in patent document 1, the on-pulse width which turns on each switching element of an inverter circuit is monitored, and the bias of a transformer is suppressed by correcting on-pulse width. However, when performing the above-described control for rapidly increasing or decreasing the magnitude of the welding current, it is difficult to suppress the bias of the transformer.
本発明は、溶接電流の増減に起因する、変圧器における偏磁を抑制することを目的とする。 An object of this invention is to suppress the magnetic bias in a transformer resulting from the increase / decrease in welding current.
本発明の溶接用電源装置は、ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子を備え、直流を交流に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路から出力される交流を変圧する変圧器と、前記変圧器から出力される交流を直流に整流する整流回路と、前記整流回路から溶接ワイヤに流れる溶接電流の大きさに基づいて前記インバータ回路における前記複数のスイッチング素子を制御する制御手段と、前記インバータ回路から前記変圧器の一次側に印加される一次側印加電圧の累積値に基づき、当該インバータ回路で次にオンさせるスイッチング素子を決定する決定手段とを含んでいる。
このような溶接用電源装置において、前記決定手段は、前記一次側印加電圧と当該一次側印加電圧の印加時間との積であるET積を、前記累積値として用いることを特徴とすることができる。
また、前記インバータ回路は、第1のスイッチング素子をオンし且つ第2のスイッチング素子をオフしたときに前記変圧器の一次側に正の電流を供給するとともに、当該第1のスイッチング素子をオフし且つ当該第2のスイッチング素子をオンしたときに当該変圧器の一次側に負の電流を供給し、前記決定手段は、一次側印加電圧の累積値が負側に偏った場合に、前記インバータ回路で次にオンさせるスイッチング素子を前記第1のスイッチング素子に決定することを特徴とすることができる。
さらに、前記インバータ回路は、第1のスイッチング素子をオンし且つ第2のスイッチング素子をオフしたときに前記変圧器の一次側に正の電流を供給するとともに、当該第1のスイッチング素子をオフし且つ当該第2のスイッチング素子をオンしたときに当該変圧器の一次側に負の電流を供給し、前記決定手段は、一次側印加電圧の累積値が正側に偏った場合に、前記インバータ回路で次にオンさせるスイッチング素子を前記第2のスイッチング素子に決定することを特徴とすることができる。
また、他の観点から捉えると、本発明の溶接用電源装置は、4つのスイッチング素子をブリッジ状に配列してなり、対角に位置する2つのスイッチング素子をそれぞれ組とする第1素子対および第2素子対を用いて、直流を交流に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路から出力される交流を変圧する変圧器と、前記変圧器から出力される交流を整流し、溶接ワイヤに向けて直流を出力する整流回路と、前記インバータ回路からの出力に基づき、当該インバータ回路に対し、前記第1素子対をオンさせた後に前記第2素子対をオンさせるか、当該第2素子対をオンさせた後に当該第1素子対をオンさせるか、当該第1素子対をオンさせた後に当該第1素子対をオンさせるか、当該第2素子対をオンさせた後に当該第2素子対をオンさせるか、を決定する決定手段とを含んでいる。
さらに、他の観点から捉えると、本発明は、ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子を備え、直流を交流に変換するインバータ回路と、当該インバータ回路から出力される交流を変圧する変圧器と、当該変圧器から出力される交流を直流に整流する整流回路とを含む溶接用電源装置の出力制御方法であって、前記整流回路から溶接ワイヤに流れる溶接電流の大きさに基づいて前記インバータ回路における前記複数のスイッチング素子を制御し、前記インバータ回路から前記変圧器の一次側に印加される一次側印加電圧の累積値に基づき、前記インバータ回路で次にオンさせるスイッチング素子を決定することを特徴としている。
さらにまた、他の観点から捉えると、本発明は、4つのスイッチング素子をブリッジ状に配列してなり、対角に位置する2つのスイッチング素子をそれぞれ組とする第1素子対および第2素子対を用いて、直流を交流に変換するインバータ回路と、当該インバータ回路から出力される交流を変圧する変圧器と、当該変圧器から出力される交流を整流し、溶接ワイヤに向けて直流を出力する整流回路とを含む溶接用電源装置の出力制御方法であって、前記インバータ回路からの出力を取得し、前記インバータ回路から取得した出力に基づき、当該インバータ回路に対し、前記第1素子対をオンさせた後に前記第2素子対をオンさせるか、当該第2素子対をオンさせた後に当該第1素子対をオンさせるか、当該第1素子対をオンさせた後に当該第1素子対をオンさせるか、当該第2素子対をオンさせた後に当該第2素子対をオンさせるか、を決定することを特徴としている。
The welding power supply device of the present invention includes a plurality of switching elements constituting a bridge circuit, an inverter circuit that converts direct current into alternating current, a transformer that transforms alternating current output from the inverter circuit, and the transformer A rectifying circuit for rectifying the output alternating current to direct current, control means for controlling the plurality of switching elements in the inverter circuit based on the magnitude of the welding current flowing from the rectifying circuit to the welding wire, and the inverter circuit Determining means for determining a switching element to be turned on next in the inverter circuit based on a cumulative value of the primary side applied voltage applied to the primary side of the transformer.
In such a welding power supply device, the determination means may use an ET product, which is a product of the primary-side applied voltage and the application time of the primary-side applied voltage, as the cumulative value. .
The inverter circuit supplies a positive current to the primary side of the transformer when the first switching element is turned on and the second switching element is turned off, and the first switching element is turned off. In addition, when the second switching element is turned on, a negative current is supplied to the primary side of the transformer, and the determining means is configured to provide the inverter circuit when the accumulated value of the primary side applied voltage is biased to the negative side. The switching element to be turned on next is determined as the first switching element.
Further, the inverter circuit supplies a positive current to the primary side of the transformer when the first switching element is turned on and the second switching element is turned off, and the first switching element is turned off. When the second switching element is turned on, a negative current is supplied to the primary side of the transformer, and the determining means is configured to provide the inverter circuit when the accumulated value of the primary side applied voltage is biased to the positive side. The switching element to be turned on next is determined as the second switching element.
From another point of view, the welding power source device of the present invention includes a first element pair including four switching elements arranged in a bridge shape, and two switching elements located at diagonal positions as a set, and An inverter circuit for converting direct current into alternating current using the second element pair;
Based on the output from the inverter circuit, the transformer that transforms the alternating current output from the inverter circuit, the rectified alternating current output from the transformer, and outputs direct current toward the welding wire For the inverter circuit, the first element pair is turned on and then the second element pair is turned on, the second element pair is turned on and then the first element pair is turned on, or the first element pair is turned on Determining means for deciding whether to turn on the first element pair after turning on, or turn on the second element pair after turning on the second element pair.
Furthermore, from another point of view, the present invention includes a plurality of switching elements constituting a bridge circuit, an inverter circuit that converts direct current into alternating current, a transformer that transforms alternating current output from the inverter circuit, An output control method for a welding power supply apparatus including a rectifier circuit that rectifies alternating current output from the transformer into direct current, the inverter circuit based on a magnitude of a welding current flowing from the rectifier circuit to a welding wire. The plurality of switching elements are controlled, and a switching element to be turned on next in the inverter circuit is determined based on a cumulative value of a primary side applied voltage applied to a primary side of the transformer from the inverter circuit. Yes.
Furthermore, when viewed from another point of view, the present invention provides a first element pair and a second element pair in which four switching elements are arranged in a bridge shape, and two switching elements located diagonally are respectively set. , An inverter circuit that converts direct current into alternating current, a transformer that transforms alternating current output from the inverter circuit, and rectifies the alternating current output from the transformer, and outputs direct current toward the welding wire An output control method for a welding power supply device including a rectifier circuit, wherein an output from the inverter circuit is acquired, and the first element pair is turned on for the inverter circuit based on the output acquired from the inverter circuit. The second element pair is turned on, the second element pair is turned on and then the first element pair is turned on, or the first element pair is turned on and the second element pair is turned on. Or to turn on the element pair, it is characterized by determining, turning on the second element pair after turning on the second element pair.
本発明によれば、溶接電流の増減に起因する、変圧器における偏磁を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the magnetic bias in the transformer due to the increase or decrease of the welding current.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[溶接システムの構成]
図1は、本発明の実施の形態に係る溶接システム1の概略構成を示す図である。この溶接システム1は、消耗電極式(溶極式)のガスシールドアーク溶接法によって、被溶接物200の溶接を行うものである。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
[Configuration of welding system]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a welding system 1 according to an embodiment of the present invention. The welding system 1 performs welding of an object to be welded 200 by a consumable electrode type (melting electrode type) gas shielded arc welding method.
この溶接システム1は、溶接ワイヤ100を用いて被溶接物200を溶接する溶接トーチ10と、溶接トーチ10を保持するとともに溶接トーチ10の位置や姿勢を設定するロボットアーム20とを備えている。また、溶接システム1は、溶接トーチ10に溶接ワイヤ100を送給するワイヤ送給装置30と、溶接トーチ10にシールドガス(例えば炭酸ガス)を供給するシールドガス供給装置40とを備えている。さらに、溶接システム1は、溶接トーチ10を介して溶接ワイヤ100および被溶接物200に直流の溶接電流の供給を行うとともに溶接電流の制御を行う溶接用電源装置50と、ロボットアーム20を制御するロボット制御装置60とを備えている。なお、ここでは詳細な説明を行わないが、溶接用電源装置50は、溶接電流の他に、溶接速度や溶接ワイヤ100の送給速度等の制御も行っている。 The welding system 1 includes a welding torch 10 that welds a workpiece 200 using a welding wire 100, and a robot arm 20 that holds the welding torch 10 and sets the position and orientation of the welding torch 10. The welding system 1 also includes a wire feeding device 30 that feeds the welding wire 100 to the welding torch 10 and a shield gas supply device 40 that supplies a shielding gas (for example, carbon dioxide gas) to the welding torch 10. Further, the welding system 1 controls the robot arm 20 and the welding power source device 50 that supplies a direct welding current to the welding wire 100 and the workpiece 200 via the welding torch 10 and controls the welding current. A robot controller 60. Although not described in detail here, the welding power supply device 50 also controls the welding speed, the feeding speed of the welding wire 100, and the like in addition to the welding current.
[溶接用電源装置の構成]
図2は、溶接システム1における溶接用電源装置50の概略構成を示す図である。ただし、図2は、溶接用電源装置50のうち、溶接電流の供給および制御に関連する構成要素を、抜き出して示している。
[Configuration of power supply for welding]
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the welding power supply device 50 in the welding system 1. However, FIG. 2 shows the components related to the supply and control of the welding current extracted from the welding power supply device 50.
本実施の形態の溶接用電源装置50は、商用交流電源5から供給されてくる三相交流電力に各種処理を施すことで直流電力に変換し、溶接トーチ10および被溶接物200(図1参照)へと供給する。この間、溶接用電源装置50では、各種電力変換を行うことにより、外部に出力する直流電力(直流電圧および直流電流)の調整を行う。なお、以下の説明においては、溶接用電源装置50から溶接トーチ10および溶接ワイヤ100を介して被溶接物200(図1参照)へと出力される溶接電流のことを、出力電流と称することがある。 The welding power supply device 50 according to the present embodiment converts the three-phase AC power supplied from the commercial AC power source 5 into DC power by performing various processes, thereby converting the welding torch 10 and the workpiece 200 (see FIG. 1). ). During this time, the welding power supply device 50 adjusts the DC power (DC voltage and DC current) output to the outside by performing various power conversions. In the following description, a welding current output from the welding power supply device 50 to the workpiece 200 (see FIG. 1) via the welding torch 10 and the welding wire 100 is referred to as an output current. is there.
本実施の形態の溶接用電源装置50は、一次整流回路51と、インバータ回路52と、変圧器53と、二次整流回路54と、出力リアクトル55と、出力電流検出回路56と、一次側印加電圧検出回路57と、制御回路58とを備えている。以下、溶接用電源装置50の各構成要素について、順に説明を行う。 The welding power supply device 50 of the present embodiment includes a primary rectifier circuit 51, an inverter circuit 52, a transformer 53, a secondary rectifier circuit 54, an output reactor 55, an output current detection circuit 56, and a primary side application. A voltage detection circuit 57 and a control circuit 58 are provided. Hereinafter, each component of the power supply apparatus 50 for welding is demonstrated in order.
(一次整流回路)
一次整流回路51は、入力側が商用交流電源5に接続されており、出力側がインバータ回路52に接続されている。この一次整流回路51は、商用交流電源5から入力されてくる三相交流を、整流および平滑化することで直流に変換する。ここで、本実施の形態の一次整流回路51は、三相全波整流回路によって構成されている。より具体的に説明すると、本実施の形態の一次整流回路51は、商用交流電源5の出力側に設けられる一次整流ダイオード群511と、一次整流ダイオード群511の出力側に設けられる入力リアクトル512と、入力リアクトル512の出力側に設けられる平滑コンデンサ513とを有している。なお、この例において、一次整流ダイオード群511は、6つのダイオードを含んでいる。
(Primary rectifier circuit)
The primary rectifier circuit 51 has an input side connected to the commercial AC power supply 5 and an output side connected to the inverter circuit 52. The primary rectifier circuit 51 converts the three-phase alternating current input from the commercial alternating-current power supply 5 into direct current by rectifying and smoothing. Here, the primary rectifier circuit 51 of the present embodiment is configured by a three-phase full-wave rectifier circuit. More specifically, the primary rectifier circuit 51 of the present embodiment includes a primary rectifier diode group 511 provided on the output side of the commercial AC power supply 5, and an input reactor 512 provided on the output side of the primary rectifier diode group 511. And a smoothing capacitor 513 provided on the output side of the input reactor 512. In this example, the primary rectifier diode group 511 includes six diodes.
(インバータ回路)
インバータ回路52は、入力側が一次整流回路51に接続されており、出力側が変圧器53に接続されている。このインバータ回路52は、一次整流回路51から入力されてくる直流にスイッチング処理を施すことで、商用交流電源5よりも高周波となる単相交流に変換する。ここで、本実施の形態のインバータ回路52は、電圧形フルブリッジインバータによって構成されている。より具体的に説明すると、本実施の形態のインバータ回路52は、一次整流回路51の出力側に設けられる入力コンデンサ521と、入力コンデンサ521の出力側に設けられるスイッチ素子群522とを有している。
(Inverter circuit)
The inverter circuit 52 has an input side connected to the primary rectifier circuit 51 and an output side connected to the transformer 53. The inverter circuit 52 converts the direct current input from the primary rectifier circuit 51 into a single-phase alternating current having a higher frequency than that of the commercial alternating-current power supply 5 by performing a switching process. Here, the inverter circuit 52 of the present embodiment is constituted by a voltage-type full bridge inverter. More specifically, the inverter circuit 52 of the present embodiment includes an input capacitor 521 provided on the output side of the primary rectifier circuit 51 and a switch element group 522 provided on the output side of the input capacitor 521. Yes.
そして、本実施の形態のスイッチ素子群522は、ブリッジ状に接続された複数(ここでは4つ)のスイッチング素子を有している。より具体的に説明すると、本実施の形態のスイッチ素子群522は、それぞれがスイッチング素子として機能する第1トランジスタQ1、第2トランジスタQ2、第3トランジスタQ3および第4トランジスタQ4を有している。ここで、第1トランジスタQ1〜第4トランジスタQ4としては、特に限定されるものではないが、この例ではIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いている。なお、本実施の形態では、第1トランジスタQ1および第4トランジスタQ4が第1のスイッチング素子として、また、第2トランジスタQ2および第3トランジスタQ3が第2のスイッチング素子として、それぞれ機能している。 The switch element group 522 of the present embodiment has a plurality of (here, four) switching elements connected in a bridge shape. More specifically, the switch element group 522 of the present embodiment includes a first transistor Q1, a second transistor Q2, a third transistor Q3, and a fourth transistor Q4, each functioning as a switching element. Here, the first transistor Q1 to the fourth transistor Q4 are not particularly limited, but an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used in this example. In the present embodiment, the first transistor Q1 and the fourth transistor Q4 function as a first switching element, and the second transistor Q2 and the third transistor Q3 function as a second switching element, respectively.
そして、このスイッチ素子群522では、第1トランジスタQ1および第4トランジスタQ4が、ブリッジにおける一方の対角に位置し、第2トランジスタQ2および第3トランジスタQ3が、ブリッジにおける他方の対角に位置している。そして、第1トランジスタQ1と第3トランジスタQ3との接続部位、および、第2トランジスタQ2と第4トランジスタQ4と接続部位が、スイッチ素子群522における入力側となる。また、第1トランジスタQ1と第2トランジスタQ2との接続部位、および、第3トランジスタQ3と第4トランジスタQ4との接続部位が、スイッチ素子群522における出力側となる。 In the switch element group 522, the first transistor Q1 and the fourth transistor Q4 are located at one diagonal in the bridge, and the second transistor Q2 and the third transistor Q3 are located at the other diagonal in the bridge. ing. The connection portion between the first transistor Q1 and the third transistor Q3 and the connection portion between the second transistor Q2 and the fourth transistor Q4 are input sides in the switch element group 522. In addition, a connection part between the first transistor Q1 and the second transistor Q2 and a connection part between the third transistor Q3 and the fourth transistor Q4 are output sides in the switch element group 522.
また、本実施の形態のスイッチ素子群522は、これら第1トランジスタQ1〜第4トランジスタQ4のそれぞれに並列に接続された、第1還流ダイオードD1、第2還流ダイオードD2、第3還流ダイオードD3および第4還流ダイオードD4をさらに有している。 In addition, the switch element group 522 of the present embodiment includes a first free-wheeling diode D1, a second free-wheeling diode D2, a third free-wheeling diode D3, which are connected in parallel to each of the first transistor Q1 to the fourth transistor Q4. A fourth reflux diode D4 is further included.
(変圧器)
変圧器53は、入力側がインバータ回路52に接続されており、出力側が二次整流回路54に接続されている。そして、変圧器53からみて入力側(図中左側)が一次側となっており、変圧器53からみて出力側(図中右側)が二次側となっている。この変圧器53は、インバータ回路52から入力されてくる単相交流(一次側電圧)を、より電圧値の低い単相交流(二次側電圧)に変換(変圧)する。ここで、本実施の形態の変圧器53は、磁心530と一次巻線531と二次巻線532とを有しており、一次側と二次側とを絶縁するとともに、二次巻線532側にセンタータップを設けた単相変圧器によって構成されている。
(Transformer)
The transformer 53 has an input side connected to the inverter circuit 52 and an output side connected to the secondary rectifier circuit 54. The input side (left side in the figure) is the primary side when viewed from the transformer 53, and the output side (right side in the figure) is the secondary side when viewed from the transformer 53. The transformer 53 converts (transforms) the single-phase alternating current (primary voltage) input from the inverter circuit 52 into a single-phase alternating current (secondary voltage) having a lower voltage value. Here, the transformer 53 of the present embodiment has a magnetic core 530, a primary winding 531, and a secondary winding 532, insulates the primary side from the secondary side, and secondary winding 532. It consists of a single-phase transformer with a center tap on the side.
(二次整流回路)
整流回路の一例としての二次整流回路54は、入力側が変圧器53に接続されており、出力側且つ正極側は出力リアクトル55に、出力側且つ負極側は出力電流検出回路56に、それぞれ接続されている。この二次整流回路54は、変圧器53から入力されてくる単相交流を、整流することで直流に変換する。ここで、本実施の形態の二次整流回路54は、変圧器53における二次側のセンタータップを利用する、センタータップ型単相両波整流回路によって構成されている。より具体的に説明すると、本実施の形態の二次整流回路54は、変圧器53の出力側に設けられる二次整流ダイオード群541を有している。なお、この例において、二次整流ダイオード群541は、2つのダイオードを含んでいる。そして、これら2つのダイオードは、変圧器53の出力側に設けられた二次巻線532の一端側および他端側にそれぞれ接続され、二次整流回路54の出力側且つ正極側となる。これに対し、変圧器53の出力側に設けられた二次巻線532の中点は、二次整流回路54の出力側且つ負極側となる。
(Secondary rectifier circuit)
The secondary rectifier circuit 54 as an example of a rectifier circuit has an input side connected to the transformer 53, an output side and a positive side connected to an output reactor 55, and an output side and a negative side connected to an output current detection circuit 56, respectively. Has been. The secondary rectifier circuit 54 converts the single-phase alternating current input from the transformer 53 into direct current by rectifying. Here, the secondary rectifier circuit 54 of the present embodiment is configured by a center tap type single-phase both-wave rectifier circuit that uses the center tap on the secondary side of the transformer 53. More specifically, the secondary rectifier circuit 54 of the present embodiment has a secondary rectifier diode group 541 provided on the output side of the transformer 53. In this example, the secondary rectifier diode group 541 includes two diodes. These two diodes are respectively connected to one end side and the other end side of the secondary winding 532 provided on the output side of the transformer 53, and become the output side and the positive electrode side of the secondary rectifier circuit 54. On the other hand, the middle point of the secondary winding 532 provided on the output side of the transformer 53 is the output side and the negative side of the secondary rectifier circuit 54.
(出力リアクトル)
出力リアクトル55は、入力側が二次整流回路54の出力側且つ正極側に接続されており、出力側が溶接トーチ10を介して溶接ワイヤ100(図1参照)に接続されている。この出力リアクトル55は、出力電流の波形を平滑化するとともに、溶接ワイヤ100が母材である被溶接物200に接触短絡した場合や、溶滴が溶融池に接触した場合などにおける出力電流の流れを、パッシブにコントロールする。ただし、出力リアクトル55を、二次整流回路54の出力側且つ負極側に接続してもかまわない。
(Output reactor)
The output reactor 55 has an input side connected to the output side and the positive electrode side of the secondary rectifier circuit 54, and an output side connected to the welding wire 100 (see FIG. 1) via the welding torch 10. The output reactor 55 smoothes the waveform of the output current, and the flow of the output current when the welding wire 100 is short-contacted with the workpiece 200 as a base material or when the droplet contacts the molten pool. Is controlled passively. However, the output reactor 55 may be connected to the output side and the negative side of the secondary rectifier circuit 54.
(出力電流検出回路)
出力電流検出回路56は、入力側が二次整流回路54に接続されており、出力側が被溶接物200(図1参照)に接続されている。この出力電流検出回路56は、溶接トーチ10から溶接ワイヤ100を介して被溶接物200に流れる、出力電流の大きさである溶接電流値Iを検出する。
(Output current detection circuit)
The output current detection circuit 56 has an input side connected to the secondary rectifier circuit 54 and an output side connected to the workpiece 200 (see FIG. 1). The output current detection circuit 56 detects a welding current value I that is the magnitude of the output current flowing from the welding torch 10 to the workpiece 200 via the welding wire 100.
(一次側印加電圧検出回路)
一次側印加電圧検出回路57は、インバータ回路52の出力側と変圧器53の入力側との間に設けられており、インバータ回路52が出力する電圧(インバータ出力電圧値)を検出する。ここで、この例においては、このインバータ出力電圧値が、変圧器53の一次巻線531に印加される一次側印加電圧値Vと同じ大きさになる。
(Primary side applied voltage detection circuit)
The primary side applied voltage detection circuit 57 is provided between the output side of the inverter circuit 52 and the input side of the transformer 53, and detects a voltage (inverter output voltage value) output from the inverter circuit 52. Here, in this example, the inverter output voltage value is the same as the primary-side applied voltage value V applied to the primary winding 531 of the transformer 53.
(制御回路)
制御手段および決定手段の一例としての制御回路58は、出力電流検出回路56が検出した出力電流値Iと、一次側印加電圧検出回路57が検出した一次側印加電圧値Vとに基づき、インバータ回路52に設けられた第1トランジスタQ1〜第4トランジスタQ4の動作(スイッチング動作)を制御する。
(Control circuit)
The control circuit 58 as an example of the control means and the determination means includes an inverter circuit based on the output current value I detected by the output current detection circuit 56 and the primary side applied voltage value V detected by the primary side applied voltage detection circuit 57. The operation (switching operation) of the first transistor Q1 to the fourth transistor Q4 provided in 52 is controlled.
[制御回路の構成]
図3は、溶接用電源装置50における制御回路58の概略構成を示す図である。ただし、図3は、制御回路58のうち、第1トランジスタQ1〜第4トランジスタQ4の動作の制御に関連する構成を、抜き出して示している。また、以下の説明においては、スイッチ素子群522(図2参照)でブリッジを構成する第1トランジスタQ1〜第4トランジスタQ4のうち、一方の対角に位置する第1、第4トランジスタQ1、Q4を第1素子対P1と称し、他方の対角に位置する第2、第3トランジスタQ2、Q3を第2素子対P2と称する。そして、本実施の形態では、第1素子対P1および第2素子対P2を単位として、第1トランジスタQ1〜第4トランジスタQ4のオン/オフが行われる。なお、本実施の形態では、第1トランジスタQ1〜第4トランジスタQ4のオン期間の長さ(パルス幅)を変調するPWM(Pulse Width Modulation)方式によって、インバータ回路52の出力を制御している。
[Configuration of control circuit]
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the control circuit 58 in the welding power supply device 50. However, FIG. 3 shows an extracted configuration related to the control of the operations of the first transistor Q1 to the fourth transistor Q4 in the control circuit 58. In the following description, among the first transistor Q1 to the fourth transistor Q4 that form a bridge with the switch element group 522 (see FIG. 2), the first and fourth transistors Q1 and Q4 that are located on one diagonal. Is referred to as a first element pair P1, and the second and third transistors Q2 and Q3 located on the other diagonal are referred to as a second element pair P2. In the present embodiment, the first transistor Q1 to the fourth transistor Q4 are turned on / off in units of the first element pair P1 and the second element pair P2. In the present embodiment, the output of the inverter circuit 52 is controlled by a PWM (Pulse Width Modulation) method that modulates the length (pulse width) of the ON period of the first transistor Q1 to the fourth transistor Q4.
本実施の形態の制御回路58は、デューティ信号作成部581と、駆動信号作成部582と、ET積演算部583と、総ET積記憶部584とを有している。以下、制御回路58の各構成要素について、順に説明を行う。 The control circuit 58 according to the present embodiment includes a duty signal creation unit 581, a drive signal creation unit 582, an ET product calculation unit 583, and a total ET product storage unit 584. Hereinafter, each component of the control circuit 58 will be described in order.
(デューティ信号作成部)
デューティ信号作成部581は、出力電流検出回路56から入力されてくる溶接電流値Iと、出力電流(溶接電流)の目標値とに基づき、PWM制御におけるデューティ比を決定し、デューティ信号を作成する。ここで、本実施の形態のデューティ比は、インバータ回路52での制御周期とオン期間との関係に基づいて定まるものであるが、その詳細については後述する。
(Duty signal generator)
The duty signal creation unit 581 determines the duty ratio in PWM control based on the welding current value I input from the output current detection circuit 56 and the target value of the output current (welding current), and creates a duty signal. . Here, the duty ratio of the present embodiment is determined based on the relationship between the control period and the ON period in the inverter circuit 52, and details thereof will be described later.
(駆動信号作成部)
駆動信号作成部582は、デューティ信号作成部581から入力されてくるデューティ信号と、総ET積記憶部584から入力されてくる総ET積とに基づき、第1素子対P1(第1、第4トランジスタQ1、Q4)を駆動するための信号(以下では第1駆動信号と称する)と、第2素子対P2(第2、第3トランジスタQ2、Q3)を駆動するための信号(以下では第2駆動信号と称する)とを作成する。
(Drive signal generator)
Based on the duty signal input from the duty signal generation unit 581 and the total ET product input from the total ET product storage unit 584, the drive signal generation unit 582 generates the first element pair P1 (first and fourth). A signal for driving the transistors Q1 and Q4 (hereinafter referred to as a first drive signal) and a signal for driving the second element pair P2 (second and third transistors Q2 and Q3) (hereinafter referred to as a second drive signal) (Referred to as drive signal).
(ET積演算部)
ET積演算部583は、デューティ信号作成部581から入力されてくるデューティ信号と、一次側印加電圧検出回路57から入力されてくる一次側印加電圧値Vとに基づき、変圧器53の一次側印加電圧値Vと印加時間との積として定められるET積を、制御周期毎に演算する。また、ET積演算部583は、過去のET積の累積値として定められる総ET積に、今回の制御周期で新たに発生したET積を加算(累積)する演算を行い、総ET積を更新する。なお、ET積の詳細については後述する。
(ET product operation part)
The ET product calculation unit 583 applies the primary side application voltage of the transformer 53 based on the duty signal input from the duty signal generation unit 581 and the primary side application voltage value V input from the primary side application voltage detection circuit 57. An ET product determined as a product of the voltage value V and the application time is calculated for each control period. Further, the ET product calculation unit 583 performs an operation of adding (cumulatively) the ET product newly generated in the current control cycle to the total ET product determined as a cumulative value of the past ET product, and updates the total ET product. To do. Details of the ET product will be described later.
(総ET積記憶部)
総ET積記憶部584はET積演算部583から入力されてくる、更新済みの総ET積を記憶する。また、総ET積記憶部584は、駆動信号作成部582およびET積演算部583からの要求に応じて、自身が記憶している総ET積を出力する。
(Total ET product storage)
The total ET product storage unit 584 stores the updated total ET product input from the ET product calculation unit 583. Further, the total ET product storage unit 584 outputs the total ET product stored by itself in response to requests from the drive signal creation unit 582 and the ET product calculation unit 583.
[溶接システムの動作]
では、本実施の形態の溶接システム1の、基本的な動作を説明する。
一次整流回路51は、商用交流電源5から入力されてくる三相交流(例えば三相220V、60Hz)を、直流(例えば300V程度)に変換する。このとき、一次整流回路51では、一次整流ダイオード群511が三相全波整流を行うとともに、入力リアクトル512および平滑コンデンサ513が、三相全波整流後の平滑化を行う。
[Operation of welding system]
Now, the basic operation of the welding system 1 of the present embodiment will be described.
The primary rectifier circuit 51 converts three-phase alternating current (for example, three-phase 220V, 60 Hz) input from the commercial alternating-current power supply 5 into direct current (for example, about 300V). At this time, in the primary rectifier circuit 51, the primary rectifier diode group 511 performs three-phase full-wave rectification, and the input reactor 512 and the smoothing capacitor 513 perform smoothing after the three-phase full-wave rectification.
次に、インバータ回路52が、一次整流回路51から入力されてくる直流を、商用交流電源5よりも高周波となる単相交流(例えば10kHz〜100kHz程度)に変換する。このとき、インバータ回路52では、入力コンデンサ521が電圧の安定化を行うとともに、第1素子対P1および第2素子対P2(第1トランジスタQ1〜第4トランジスタQ4)がオン/オフ制御されることにより、交直流変換を行う。また、インバータ回路52に設けられた第1還流ダイオードD1〜第4還流ダイオードD4は、それぞれに対応する第1トランジスタQ1〜第4トランジスタQ4において、印加している電圧と逆向きの電流の逃げ道として機能する。 Next, the inverter circuit 52 converts the direct current input from the primary rectifier circuit 51 into a single-phase alternating current (for example, about 10 kHz to 100 kHz) having a higher frequency than the commercial alternating current power supply 5. At this time, in the inverter circuit 52, the input capacitor 521 stabilizes the voltage, and the first element pair P1 and the second element pair P2 (first transistor Q1 to fourth transistor Q4) are on / off controlled. Thus, AC / DC conversion is performed. In addition, the first free-wheeling diode D1 to the fourth free-wheeling diode D4 provided in the inverter circuit 52 serve as escape paths for currents in the opposite directions to the applied voltage in the corresponding first transistor Q1 to fourth transistor Q4. Function.
続いて、変圧器53が、インバータ回路52から入力されてくる単相交流を、より低圧な単相交流(例えば数十V程度)に変換する。 Subsequently, the transformer 53 converts the single-phase alternating current input from the inverter circuit 52 into a lower-pressure single-phase alternating current (for example, about several tens of volts).
次いで、二次整流回路54が、変圧器53から入力されてくる単相交流を、直流に変換する。このとき、二次整流回路54では、二次整流ダイオード群541が単相両波整流を行う。 Next, the secondary rectifier circuit 54 converts the single-phase alternating current input from the transformer 53 into direct current. At this time, in the secondary rectifier circuit 54, the secondary rectifier diode group 541 performs single-phase both-wave rectification.
それから、出力リアクトル55が、二次整流回路54から入力されてくる直流を平滑化し、出力電流として出力する。そして、出力リアクトル55を介して出力される出力電流は、溶接トーチ10および溶接ワイヤ100を介して、被溶接物200に流れる。このとき、溶接ワイヤ100の先端が、アークにより溶融して溶滴となり、成長した溶滴が溶接ワイヤ100から離脱して被溶接物200へと移行し、被溶接物200の溶接が行われることになる。その結果、被溶接物200を、溶接ワイヤ100を用いて溶接してなる溶接物が得られる。この間、出力電流の大きさすなわち溶接電流値Iは、インバータ回路52の制御に応じて増減されることになる。 Then, the output reactor 55 smoothes the direct current input from the secondary rectifier circuit 54 and outputs it as an output current. The output current output via the output reactor 55 flows to the workpiece 200 via the welding torch 10 and the welding wire 100. At this time, the tip of the welding wire 100 is melted by an arc to form a droplet, and the grown droplet is detached from the welding wire 100 and transferred to the workpiece 200, and the workpiece 200 is welded. become. As a result, a welded product obtained by welding the workpiece 200 using the welding wire 100 is obtained. During this time, the magnitude of the output current, that is, the welding current value I is increased or decreased according to the control of the inverter circuit 52.
[出力電流の目標値]
図4は、短絡移行における出力電流の目標値の一例を示す図である。図4において、横軸は時間t(sec)であり、縦軸は出力電流の目標値の大きさすなわち溶接電流値I(A)である。また、図4に示す例は、送給速度が一定であることを前提としている。
[Target value of output current]
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the target value of the output current in the short circuit transition. In FIG. 4, the horizontal axis represents time t (sec), and the vertical axis represents the target value of the output current, that is, the welding current value I (A). The example shown in FIG. 4 is based on the assumption that the feeding speed is constant.
短絡移行の場合、溶接ワイヤ100および被溶接物200が、溶接ワイヤ100の先端に形成された溶滴を介して短絡する短絡状態と、この溶滴が溶接ワイヤ100から離脱して被溶接物200側に移行することで、溶接ワイヤ100と被溶接物200との間にアークが発生するアーク状態とを繰り返すことになる。ここで、短絡状態が維持される期間を短絡期間Txとし、アーク状態が維持される期間をアーク期間Tyとしたとき、溶接周期Tzはこれら短絡期間Txおよびアーク期間Tyの和(Tz=Tx+Ty)として表現することができる。なお、溶接周期Tzは、10(msec)〜30(msec)程度であり、1秒あたり30回〜100回程度繰り返される(30Hz〜100Hz程度)ことになる。 In the case of short-circuit transition, the welding wire 100 and the workpiece 200 are short-circuited via a droplet formed at the tip of the welding wire 100, and the droplet is detached from the welding wire 100 and the workpiece 200 is welded. By shifting to the side, an arc state in which an arc is generated between the welding wire 100 and the workpiece 200 is repeated. Here, when the period in which the short-circuit state is maintained is the short-circuit period Tx and the period in which the arc state is maintained is the arc period Ty, the welding cycle Tz is the sum of the short-circuit period Tx and the arc period Ty (Tz = Tx + Ty). Can be expressed as The welding cycle Tz is about 10 (msec) to 30 (msec), and is repeated about 30 to 100 times per second (about 30 Hz to 100 Hz).
短絡期間Txは、短絡第1期間Tx1と、短絡第1期間Tx1に続く短絡第2期間Tx2と、短絡第2期間Tx2に続く短絡第3期間Tx3とを含んでいる。これらのうち、溶接ワイヤ100と被溶接物200とが、成長した溶滴により短絡し始める短絡第1期間Tx1では、溶接電流値Iを低い値で一定(ただし、後述するアーク第2期間Ty2よりは大きな値)とするように目標値が設定される。また、溶滴が短絡状態(橋絡状態)にあり、電磁ピンチ力によるくびれの形成を促進する短絡第2期間Tx2では、溶接電流値Iを急増させるように目標値が設定される。さらに、くびれ形成後に溶滴が離脱し始める第3短絡期間Tx3では、溶接電流値Iを急減させるように目標値が設定される。なお、図4に示す例では、短絡第2期間Tx2において、溶接電流値Iの目標値の傾きを二段階に設定している。 The short circuit period Tx includes a first short circuit period Tx1, a second short circuit period Tx2 following the first short circuit period Tx1, and a third short circuit period Tx3 following the second short circuit period Tx2. Among these, in the first short-circuit period Tx1 where the welding wire 100 and the workpiece 200 start to be short-circuited by the grown droplets, the welding current value I is constant at a low value (however, from the arc second period Ty2 described later). Is set to a large value). Further, the target value is set so that the welding current value I is rapidly increased in the second short-circuit period Tx2 in which the droplet is in the short-circuit state (bridge state) and promotes the formation of the constriction due to the electromagnetic pinch force. Further, in the third short-circuit period Tx3 where the droplet starts to be detached after the constriction is formed, the target value is set so that the welding current value I is rapidly decreased. In the example shown in FIG. 4, the inclination of the target value of the welding current value I is set in two stages in the second short-circuit period Tx2.
アーク期間Tyは、短絡第3期間Tx3に続くアーク第1期間Ty1と、アーク第1期間Ty1に続き且つ短絡第1期間Tx1へと続くアーク第2期間Ty2とを含んでいる。これらのうち、アーク再点弧後の再短絡防止のために電流を増加させるとともに溶滴の成長を促すアーク第1期間Ty1では、溶接電流値Iを急増させた後に漸減させるように目標値が設定される。また、短絡時のスパッタ飛散を抑制するアーク第2期間Ty2では、溶接電流値Iをさらに低下させた状態で一定とするように目標値が設定される。 The arc period Ty includes an arc first period Ty1 following the short circuit third period Tx3, and an arc second period Ty2 following the arc first period Ty1 and continuing to the short circuit first period Tx1. Among these, in the arc first period Ty1 in which the current is increased to prevent re-short circuit after the arc re-ignition and the droplet growth is promoted, the target value is set so that the welding current value I is rapidly increased and then gradually decreased. Is set. Further, in the arc second period Ty2 for suppressing spatter scattering at the time of a short circuit, the target value is set so as to be constant while the welding current value I is further reduced.
本実施の形態における溶接電流値Iの目標値は、常時正の値をとるとともに、基本的には溶接周期Tzにて同じ波形が繰り返し出力されるように設定される。ただし、厳密には、溶滴の成長度合いなどにより、溶接周期Tzは固定出来ず、平均電圧や平均電流の狙い値、短絡状態に合わせて、基本形状は維持しつつ、電流のピーク値や各期間の幅を調整する(変える)ことになる。ここで、溶接電流値Iの目標値は、溶接ワイヤ100のワイヤ径等にもよるが、例えば最小値が数(A)となり最大値が数百(A)となる範囲から選択される。そして、本実施の形態では、このように出力電流値Iの目標値を設定することで、例えば短絡期間Txからアーク期間Tyに移行する際に、出力電流値Iが過大となることに起因するスパッタの発生を抑制している。 The target value of the welding current value I in the present embodiment is always set to be a positive value, and basically, the same waveform is repeatedly output at the welding cycle Tz. However, strictly speaking, the welding cycle Tz cannot be fixed due to the degree of growth of the droplets, etc., and the current peak value and each value are maintained while maintaining the basic shape according to the target value of the average voltage and average current and the short-circuit state. The period width will be adjusted (changed). Here, the target value of the welding current value I depends on the wire diameter of the welding wire 100, but is selected from a range in which the minimum value is several (A) and the maximum value is several hundred (A), for example. In the present embodiment, setting the target value of the output current value I in this way results in the output current value I becoming excessive, for example, when shifting from the short-circuit period Tx to the arc period Ty. Sputtering is suppressed.
[インバータ回路の動作]
図5〜図7は、本実施の形態のインバータ回路52の動作を説明するための図である。ここで、図5(a)〜(c)、図6(a)〜(c)、図7(a)〜(c)は、それぞれ、デューティ信号作成部581が出力するデューティ信号Sdと、駆動信号作成部582が出力する第1駆動信号S1(第1素子対P1用)および第2駆動信号S2(第2素子対P2用)と、インバータ回路52が出力し且つ変圧器53に入力される一次側印加電圧値Vとの関係を示している。また、図5(a)〜(c)、図6(a)〜(c)、図7(a)〜(c)は、それぞれ、インバータ回路52の制御周期Tcの連続する2周期分を示している。ここで、本実施の形態におけるインバータ回路52の制御周期Tcは、インバータ回路52が出力する単相交流の周期(周波数が10kHz〜100kHzの場合、0.01msec〜0.1msec)の半分(半周期)となる。したがって、インバータ回路52の制御周期Tcは、溶接周期Tzに比べて十分に小さいといえる(Tc≪Tz)。
[Operation of inverter circuit]
5 to 7 are diagrams for explaining the operation of the inverter circuit 52 according to the present embodiment. Here, FIGS. 5A to 5C, FIGS. 6A to 6C, and FIGS. 7A to 7C show the duty signal Sd output from the duty signal generation unit 581 and the drive, respectively. The first drive signal S1 (for the first element pair P1) and the second drive signal S2 (for the second element pair P2) output from the signal generation unit 582, and the inverter circuit 52 outputs and is input to the transformer 53. The relationship with the primary side applied voltage value V is shown. 5 (a) to 5 (c), 6 (a) to 6 (c), and 7 (a) to 7 (c) respectively show two consecutive cycles of the control cycle Tc of the inverter circuit 52. FIG. ing. Here, the control cycle Tc of the inverter circuit 52 in the present embodiment is a half (half cycle) of the cycle of the single-phase alternating current output from the inverter circuit 52 (0.01 msec to 0.1 msec when the frequency is 10 kHz to 100 kHz). ) Therefore, it can be said that the control cycle Tc of the inverter circuit 52 is sufficiently smaller than the welding cycle Tz (Tc << Tz).
一般的なPWM制御では、制御周期Tc毎に正の出力と負の出力とを交互に繰り返している。これに対し、本実施の形態では、正負の出力を交互に行う以外に、正の出力を続けたり、負の出力を続けたりすることができるようになっている。ここで、図5(a)〜(c)は、連続する2つの制御周期Tcにて、正の出力と負の出力とを行う場合を例示している。また、図6(a)〜(c)は、連続する2つの制御周期Tcにて、ともに正の出力を行う場合を例示している。さらに、図7(a)〜(c)は、連続する2つの制御周期Tcにて、ともに負の出力を行う場合を例示している。 In general PWM control, a positive output and a negative output are alternately repeated every control cycle Tc. On the other hand, in this embodiment, positive output can be continued or negative output can be continued in addition to alternately performing positive and negative outputs. Here, FIGS. 5A to 5C illustrate a case where a positive output and a negative output are performed in two continuous control cycles Tc. FIGS. 6A to 6C illustrate a case where both positive outputs are performed in two consecutive control cycles Tc. Further, FIGS. 7A to 7C exemplify a case where negative output is performed in two consecutive control cycles Tc.
また、一般的なPWM制御では、各制御周期Tcにて、対象となる素子対(第1素子対P1または第2素子対P2)をオンさせるオン時間Tonを調整することで、デューティ比(=オン時間Ton/制御周期Tc)の設定を行っている。なお、PWM制御では、制御周期Tcが一定となるため、オン時間Tonが減少すれば出力も減少し、オン時間Tonが増加すれば出力も増加する。ここで、図5(a)、図6(a)および図7(a)は、連続する2つの制御周期Tcにて、同じ大きさの出力を行う場合を例示している。また、図5(b)、図6(b)および図7(b)は、連続する2つの制御周期Tcにて、出力を減少させていく場合を例示している。さらに、図5(c)、図6(c)および図7(c)は、連続する2つの制御周期Tcにて、出力を増加させていく場合を例示している。 In general PWM control, the duty ratio (=) is adjusted by adjusting the on-time Ton for turning on the target element pair (first element pair P1 or second element pair P2) in each control cycle Tc. On time Ton / Control cycle Tc) is set. In PWM control, since the control cycle Tc is constant, the output decreases as the on-time Ton decreases, and the output increases as the on-time Ton increases. Here, FIG. 5A, FIG. 6A, and FIG. 7A exemplify a case where outputs having the same magnitude are performed in two consecutive control periods Tc. FIGS. 5B, 6B, and 7B illustrate a case where the output is decreased in two consecutive control cycles Tc. Furthermore, FIG. 5C, FIG. 6C, and FIG. 7C illustrate a case where the output is increased in two consecutive control periods Tc.
そして、本実施の形態では、インバータ回路52の制御において、これら図5(a)〜(c)、図6(a)〜(c)、図7(a)〜(c)のいずれかに記載されたパターンが用いられる。なお、本実施の形態では、第1素子対P1がオンに設定され、且つ、第2素子対P2がオフに設定されたときに、変圧器53の一次巻線531に流れる電流の向きを、「正」と定義する。また、本実施の形態では、第1素子対P1がオフに設定され、且つ、第2素子対P2がオフに設定されたときに、変圧器53の一次巻線531に流れる電流の向きを、「負」と定義する。 And in this Embodiment, in control of the inverter circuit 52, it describes in either of these Fig.5 (a)-(c), Fig.6 (a)-(c), Fig.7 (a)-(c). Pattern is used. In the present embodiment, when the first element pair P1 is set on and the second element pair P2 is set off, the direction of the current flowing through the primary winding 531 of the transformer 53 is Define as "positive". Further, in the present embodiment, when the first element pair P1 is set to OFF and the second element pair P2 is set to OFF, the direction of the current flowing through the primary winding 531 of the transformer 53 is It is defined as “negative”.
[ET積]
図8は、ET積を説明するための図である。ここで、図8(a)は一次印加電圧値Vが正の場合のET積を説明するための図であり、図8(b)は一次印加電圧値Vが負の場合のET積を説明するための図である。
[ET product]
FIG. 8 is a diagram for explaining the ET product. 8A is a diagram for explaining the ET product when the primary applied voltage value V is positive, and FIG. 8B is a diagram for explaining the ET product when the primary applied voltage value V is negative. It is a figure for doing.
ET積は、変圧器53のパラメータの1つであって、変圧器53に印加される電圧(ここでは一次印加電圧値V)とその印加時間(ここではオン時間Ton)との積(図中にハッチングで示す)で表される。そして、ET積は、変圧器53(磁心530)の磁束密度に対応している。なお、一次印加電圧値Vが正の場合(図8(a)参照)に、ET積は正の値(+)をとり、一次印加電圧値Vが負の場合(図8(b)参照)に、ET積は負の値(−)をとる。 The ET product is one of the parameters of the transformer 53, and is the product of the voltage (here, the primary applied voltage value V) applied to the transformer 53 and its application time (here, the on time Ton) (in the figure). (Indicated by hatching). The ET product corresponds to the magnetic flux density of the transformer 53 (magnetic core 530). When the primary applied voltage value V is positive (see FIG. 8A), the ET product takes a positive value (+), and when the primary applied voltage value V is negative (see FIG. 8B). In addition, the ET product takes a negative value (−).
[出力電流の制御]
図9は、本実施の形態の出力電流(溶接電流)の制御を説明するためのフローチャートである。なお、初期状態において、総ET積記憶部584に記憶される総ET積の値は「0」であるものとする。
[Control of output current]
FIG. 9 is a flowchart for explaining the control of the output current (welding current) of the present embodiment. In the initial state, the value of the total ET product stored in the total ET product storage unit 584 is “0”.
溶接システム1において溶接が開始されると、デューティ信号作成部581は、出力電流検出回路56から入力されてくる出力電流値Iを取得する(ステップ10)。次に、デューティ信号作成部581は、ステップ10で取得した出力電流値Iと、出力電流値Iの目標値(図4参照)とに基づき、今回の制御周期Tcのデューティ比を決定する(ステップ20)。そして、デューティ信号作成部581は、ステップ20で決定した今回の制御周期Tcのデューティ比を含むデューティ信号Sdを作成し、駆動信号作成部582およびET積演算部583に出力する。 When welding is started in the welding system 1, the duty signal generation unit 581 acquires the output current value I input from the output current detection circuit 56 (step 10). Next, the duty signal generation unit 581 determines the duty ratio of the current control cycle Tc based on the output current value I acquired in Step 10 and the target value of the output current value I (see FIG. 4) (Step S1). 20). Then, the duty signal creation unit 581 creates a duty signal Sd including the duty ratio of the current control cycle Tc determined in step 20 and outputs the duty signal Sd to the drive signal creation unit 582 and the ET product calculation unit 583.
続いて、駆動信号作成部582は、総ET積記憶部584から総ET積I_ETを読み出す(ステップ30)。そして、駆動信号作成部582は、デューティ信号作成部581から入力されるデューティ信号Sdと、ステップ30で読み出した総ET積I_ETとに基づき、駆動信号(第1駆動信号S1および第2駆動信号S2)を作成する(ステップ40)。なお、ステップ40で作成された、第1駆動信号S1は第1素子対P1(第1、第4トランジスタQ1、Q4)に、第2駆動信号S2は第2素子対P2(第2、第3トランジスタQ2、Q3)に、それぞれ出力される。 Subsequently, the drive signal creation unit 582 reads the total ET product I_ET from the total ET product storage unit 584 (step 30). Then, the drive signal generation unit 582 generates drive signals (first drive signal S1 and second drive signal S2) based on the duty signal Sd input from the duty signal generation unit 581 and the total ET product I_ET read in step 30. ) Is created (step 40). The first drive signal S1 created in step 40 is applied to the first element pair P1 (first and fourth transistors Q1 and Q4), and the second drive signal S2 is applied to the second element pair P2 (second and third elements). The signals are output to the transistors Q2 and Q3), respectively.
ここで、ステップ40の具体的な内容について説明を行う。
ステップ40において、駆動信号作成部582は、まず、総ET積I_ETが負の閾値−th以下となっているか否かを判断する(ステップ41)。ステップ41で肯定の判断(Yes)を行った場合、駆動信号作成部582は、今回の制御周期Tcの出力先を第1素子対P1に設定する(ステップ42)。一方、ステップ41で否定の判断(No)を行った場合、駆動信号作成部582は、次に、総ET積I_ETの絶対値が、正の閾値+th以下となっているか否かを判断する(ステップ43)。
Here, the specific contents of step 40 will be described.
In step 40, the drive signal generator 582 first determines whether or not the total ET product I_ET is equal to or less than the negative threshold −th (step 41). When an affirmative determination (Yes) is made in step 41, the drive signal generator 582 sets the output destination of the current control cycle Tc to the first element pair P1 (step 42). On the other hand, if a negative determination (No) is made in step 41, the drive signal creation unit 582 next determines whether or not the absolute value of the total ET product I_ET is equal to or less than the positive threshold value + th ( Step 43).
ステップ43で肯定の判断(Yes)を行った場合、駆動信号作成部582は、前回の制御周期Tcの出力先が、第2素子対P2であったか否かを判断する(ステップ44)。ステップ44で肯定の判断(Yes)を行った場合、駆動信号作成部582は、ステップ42へと進み、今回の制御周期Tcの出力先を第1素子対P1に設定する。これに対し、ステップ43あるいはステップ44で否定の判断(No)を行った場合、駆動信号作成部582は、今回の制御周期Tcの出力先を第2素子対P2に設定する(ステップ45)。 When an affirmative determination (Yes) is made in step 43, the drive signal generator 582 determines whether or not the output destination of the previous control cycle Tc was the second element pair P2 (step 44). If an affirmative determination (Yes) is made in step 44, the drive signal generator 582 proceeds to step 42, and sets the output destination of the current control cycle Tc to the first element pair P1. On the other hand, when a negative determination (No) is made in step 43 or step 44, the drive signal creation unit 582 sets the output destination of the current control cycle Tc to the second element pair P2 (step 45).
ここで、ステップ42を選択した場合、駆動信号作成部582は、今回の制御周期Tcにおいて、第1駆動信号S1をデューティ信号Sdに応じた期間(オン期間Ton)だけオンに設定する一方、第2駆動信号S2を常時オフに設定する。これに対し、ステップ45を選択した場合、駆動信号作成部582は、今回の制御周期Tcにおいて、第1駆動信号S1を常時オフに設定する一方、第2駆動信号S2をデューティ信号Sdに応じた期間(オン期間Ton)だけオンに設定する。そして、次のステップ50へと進む。 Here, when step 42 is selected, the drive signal generation unit 582 sets the first drive signal S1 to ON only for a period corresponding to the duty signal Sd (on period Ton) in the current control cycle Tc. 2 The drive signal S2 is always set to off. On the other hand, when step 45 is selected, the drive signal creation unit 582 sets the first drive signal S1 to be always off in the current control cycle Tc, while the second drive signal S2 is set according to the duty signal Sd. It is set to ON only for the period (ON period Ton). Then, the process proceeds to the next step 50.
次いで、ET積演算部583は、一次側印加電圧検出回路57から入力されてくる一次側印加電圧値Vを取得する(ステップ50)。次に、ET積演算部583は、デューティ信号作成部581から入力されるデューティ信号Sdと、ステップ50で取得した一次側印加電圧値Vとに基づき、今回の制御周期TcのET積etを算出する(ステップ60)。また、ET積演算部583は、総ET積記憶部584から総ET積I_ETを読み出す(ステップ70)。そして、ET積演算部583は、ステップ70で読み出した総ET積I_ETに、ステップ60で算出した今回の制御周期TcのET積etを加算する(I_ET=I_ET+et:ステップ80)ことで、総ET積I_ETを更新する。その後、ET積演算部583は、ステップ80で更新した総ET積I_ETを、総ET積記憶部584に書き込む(ステップ90)ことで、総ET積記憶部584に記憶させる。 Next, the ET product calculation unit 583 acquires the primary-side applied voltage value V input from the primary-side applied voltage detection circuit 57 (step 50). Next, the ET product calculation unit 583 calculates the ET product et of the current control cycle Tc based on the duty signal Sd input from the duty signal generation unit 581 and the primary side applied voltage value V acquired in step 50. (Step 60). The ET product calculation unit 583 reads the total ET product I_ET from the total ET product storage unit 584 (step 70). Then, the ET product calculation unit 583 adds the ET product et of the current control cycle Tc calculated in step 60 to the total ET product I_ET read in step 70 (I_ET = I_ET + et: step 80). Update the product I_ET. Thereafter, the ET product calculation unit 583 writes the total ET product I_ET updated in step 80 into the total ET product storage unit 584 (step 90), thereby causing the total ET product storage unit 584 to store the total ET product I_ET.
そして、溶接が終了したか否かの判断が行われ(ステップ100)、否定の判断(No)を行った場合にはステップ10に戻って処理が続行され、肯定の判断(Yes)を行った場合には処理を終了する。 Then, a determination is made as to whether or not welding has been completed (step 100). If a negative determination (No) is made, the process returns to step 10 to continue the process, and an affirmative determination (Yes) is made. If so, the process ends.
[具体例]
図10は、本実施の形態の手法を適用した場合の、総ET積I_ETの経時変化の一例(実施例)を説明するための図である。ここで、図10は、デューティ信号Sdと、第1駆動信号S1と、第2駆動信号S2と、一次側印加電圧値Vと、総ET積I_ETとの関係を示している。また、図10において、横軸は時間の経過を示しており、ここでは、連続する20の制御周期Tcを記載している。そして、図10では、例えば1番目の制御周期Tcを〔1〕と表記し、例えば20番目の制御周期Tcを〔20〕と表記している。なお、これらのことは、後述する図11においても同じである。
[Concrete example]
FIG. 10 is a diagram for explaining an example (example) of a change with time of the total ET product I_ET when the method of the present embodiment is applied. Here, FIG. 10 shows the relationship among the duty signal Sd, the first drive signal S1, the second drive signal S2, the primary side applied voltage value V, and the total ET product I_ET. In FIG. 10, the horizontal axis indicates the passage of time, and here, 20 continuous control cycles Tc are shown. In FIG. 10, for example, the first control cycle Tc is expressed as [1], and for example, the 20th control cycle Tc is expressed as [20]. These are the same in FIG. 11 described later.
本実施の形態の手法を採用した場合、制御周期Tc毎に、総ET積I_ETと閾値(正の閾値+th、負の閾値−th)との大小関係によって、出力先すなわちオンの対象となる素子対(第1素子対P1または第2素子対P2)が決まる。 When the method of the present embodiment is adopted, the output destination, that is, the element to be turned on, is determined by the magnitude relationship between the total ET product I_ET and the thresholds (positive threshold + th, negative threshold−th) for each control cycle Tc. A pair (first element pair P1 or second element pair P2) is determined.
図10に示す実施例では、基本的に、第1素子対P1および第2素子対P2が、出力先として交互に選択される。ただし、総ET積I_ETが正の閾値+thあるいは負の閾値−thを超えた場合において、条件によっては、第1素子対P1が連続して選択(〔5〕〜〔6〕参照)されたり、第2素子対P2が連続して選択(〔11〕〜〔13〕参照)されたりすることがあり得る。なお、総ET積I_ETが正の閾値+thあるいは負の閾値−thを超えた場合においても、条件によっては、第1素子対P1および第2素子対P2が交互に選択(〔13〕〜〔15〕、〔16〕〜〔18〕参照)されることがあり得る。 In the embodiment shown in FIG. 10, basically, the first element pair P1 and the second element pair P2 are alternately selected as output destinations. However, when the total ET product I_ET exceeds the positive threshold + th or the negative threshold −th, depending on the conditions, the first element pair P1 is continuously selected (see [5] to [6]), The second element pair P2 may be continuously selected (see [11] to [13]). Even when the total ET product I_ET exceeds the positive threshold + th or the negative threshold −th, depending on the conditions, the first element pair P1 and the second element pair P2 are alternately selected ([13] to [15 ], [16] to [18]).
図10に示す実施例の場合、総ET積I_ETは、一時的に正の閾値+thあるいは負の閾値−thを超えることはあるものの、その後、0に近づく側に制御される。すなわち、総ET積I_ETを、正の閾値+thおよび負の閾値+thの範囲内に収めるような制御が行われる。これにより、変圧器53の磁心530に流れる電流が、正または負のいずれか一方に偏りにくくなることから、変圧器53における偏磁が抑制される。そして、変圧器53における偏磁が抑制されることにより、インバータ回路52を構成する第1トランジスタQ1〜第4トランジスタQ4に過大な電流が流れることに起因する、これらスイッチング素子の故障を抑制できることになる。 In the embodiment shown in FIG. 10, the total ET product I_ET is temporarily controlled to be close to 0, although it may temporarily exceed the positive threshold + th or the negative threshold -th. That is, control is performed so that the total ET product I_ET falls within the range of the positive threshold + th and the negative threshold + th. Thereby, since the current flowing through the magnetic core 530 of the transformer 53 is less likely to be biased to either positive or negative, the bias magnetism in the transformer 53 is suppressed. In addition, by suppressing the demagnetization in the transformer 53, it is possible to suppress failure of these switching elements due to excessive current flowing through the first transistor Q1 to the fourth transistor Q4 constituting the inverter circuit 52. Become.
[比較例]
図11は、本実施の形態の手法を適用しない場合の、総ET積I_ETの経時変化の一例(比較例)を説明するための図である。ここで、図11に示すデューティ信号Sdの波形は、図10に示すものと同じである。
[Comparative example]
FIG. 11 is a diagram for explaining an example (comparative example) of a change with time of the total ET product I_ET when the method of the present embodiment is not applied. Here, the waveform of the duty signal Sd shown in FIG. 11 is the same as that shown in FIG.
本実施の形態の手法を採用しない場合、制御周期Tc毎に、総ET積I_ETとは無関係に、出力先すなわちオンの対象となる素子対(第1素子対P1または第2素子対P2)が決まる。 When the method of the present embodiment is not adopted, an output destination, that is, an element pair to be turned on (first element pair P1 or second element pair P2) is output for each control cycle Tc regardless of the total ET product I_ET. Determined.
図11に示す比較例では、常に、第1素子対P1および第2素子対P2が、出力先として交互に選択される。したがって、図10に示す実施例のように、第1素子対P1が連続して選択されたり、第2素子対P2が連続して選択されたりすることはあり得ない。 In the comparative example shown in FIG. 11, the first element pair P1 and the second element pair P2 are always selected alternately as output destinations. Therefore, unlike the embodiment shown in FIG. 10, the first element pair P1 cannot be continuously selected, and the second element pair P2 cannot be continuously selected.
図11に示す比較例の場合、総ET積I_ETが、時間の経過とともに負側に偏ってしまっている。この場合、変圧器53の磁心530に流れる電流が、負に偏ってしまうことから、変圧器53における偏磁が生じやすくなる。そして、変圧器53における偏磁が生じやすくなることにより、インバータ回路52を構成する第1トランジスタQ1〜第4トランジスタQ4に過大な電流が流れることに起因する、これらスイッチング素子の故障を抑制できなくなる。 In the case of the comparative example shown in FIG. 11, the total ET product I_ET is biased toward the negative side as time passes. In this case, since the current flowing through the magnetic core 530 of the transformer 53 is biased negatively, bias magnetism in the transformer 53 is likely to occur. And since it becomes easy to produce the demagnetization in the transformer 53, it becomes impossible to suppress the failure of these switching elements resulting from an excessive current flowing through the first transistor Q1 to the fourth transistor Q4 constituting the inverter circuit 52. .
[その他]
なお、本実施の形態では、PWM制御において、1制御周期Tcあたり1パルスを出力するシングルパルス制御を例として説明を行ったが、これに限られない、例えば、1制御周期Tcあたり2以上のパルスを出力するマルチパルス制御を行ってもかまわない。
[Others]
In the present embodiment, the single pulse control that outputs one pulse per control cycle Tc has been described as an example in the PWM control. However, the present invention is not limited to this, for example, two or more per control cycle Tc. Multi-pulse control that outputs pulses may be performed.
また、本実施の形態では、インバータ回路52をPWM制御する場合を例として説明を行ったが、これに限られない。例えば、PPM(Pulse Phase Modulation)方式を採用してもかまわない。 In the present embodiment, the case where the inverter circuit 52 is PWM-controlled has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, a PPM (Pulse Phase Modulation) method may be adopted.
1…溶接システム、10…溶接トーチ、20…ロボットアーム、30…ワイヤ送給装置、40…シールドガス供給装置、50…溶接用電源装置、51…一次整流回路、52…インバータ回路、53…変圧器、54…二次整流回路、55…出力リアクトル、56…出力電流検出回路、57…一次側印加電圧検出回路、58…制御回路、581…デューティ信号作成部、582…駆動信号作成部、583…ET積演算部、584…総ET積記憶部、Q1…第1トランジスタ、Q2…第2トランジスタ、Q3…第3トランジスタ、Q4…第4トランジスタ、P1…第1素子対、P2…第2素子対 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Welding system, 10 ... Welding torch, 20 ... Robot arm, 30 ... Wire feeding device, 40 ... Shield gas supply device, 50 ... Power supply device for welding, 51 ... Primary rectifier circuit, 52 ... Inverter circuit, 53 ... Transformer 54 ... secondary rectifier circuit, 55 ... output reactor, 56 ... output current detection circuit, 57 ... primary side applied voltage detection circuit, 58 ... control circuit, 581 ... duty signal creation unit, 582 ... drive signal creation unit, 583 ... ET product calculation unit, 584 ... Total ET product storage unit, Q1 ... first transistor, Q2 ... second transistor, Q3 ... third transistor, Q4 ... fourth transistor, P1 ... first element pair, P2 ... second element versus
Claims (7)
前記インバータ回路から出力される交流を変圧する変圧器と、
前記変圧器から出力される交流を直流に整流する整流回路と、
前記整流回路から溶接ワイヤに流れる溶接電流の大きさに基づいて前記インバータ回路における前記複数のスイッチング素子を制御する制御手段と、
前記インバータ回路から前記変圧器の一次側に印加される一次側印加電圧の累積値に基づき、当該インバータ回路で次にオンさせるスイッチング素子を決定する決定手段と
を含む溶接用電源装置。 An inverter circuit comprising a plurality of switching elements constituting a bridge circuit and converting direct current to alternating current;
A transformer for transforming alternating current output from the inverter circuit;
A rectifier circuit that rectifies alternating current output from the transformer into direct current;
Control means for controlling the plurality of switching elements in the inverter circuit based on the magnitude of the welding current flowing from the rectifier circuit to the welding wire;
A welding power source apparatus comprising: a determining unit that determines a switching element to be turned on next in the inverter circuit based on a cumulative value of a primary side applied voltage applied to a primary side of the transformer from the inverter circuit.
前記決定手段は、一次側印加電圧の累積値が負側に偏った場合に、前記インバータ回路で次にオンさせるスイッチング素子を前記第1のスイッチング素子に決定すること
を特徴とする請求項1または2記載の溶接用電源装置。 The inverter circuit supplies a positive current to the primary side of the transformer when the first switching element is turned on and the second switching element is turned off, and the first switching element is turned off and the inverter Supplying a negative current to the primary side of the transformer when the second switching element is turned on;
2. The determination unit according to claim 1, wherein when the cumulative value of the primary side applied voltage is biased to the negative side, the switching element to be turned on next in the inverter circuit is determined as the first switching element. 2. The welding power supply device according to 2.
前記決定手段は、一次側印加電圧の累積値が正側に偏った場合に、前記インバータ回路で次にオンさせるスイッチング素子を前記第2のスイッチング素子に決定すること
を特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の溶接用電源装置。 The inverter circuit supplies a positive current to the primary side of the transformer when the first switching element is turned on and the second switching element is turned off, and the first switching element is turned off and the inverter Supplying a negative current to the primary side of the transformer when the second switching element is turned on;
2. The determination unit according to claim 1, wherein when the cumulative value of the primary side applied voltage is biased to the positive side, the switching element to be turned on next in the inverter circuit is determined as the second switching element. 4. The welding power supply device according to any one of items 3.
前記インバータ回路から出力される交流を変圧する変圧器と、
前記変圧器から出力される交流を整流し、溶接ワイヤに向けて直流を出力する整流回路と、
前記インバータ回路からの出力に基づき、当該インバータ回路に対し、前記第1素子対をオンさせた後に前記第2素子対をオンさせるか、当該第2素子対をオンさせた後に当該第1素子対をオンさせるか、当該第1素子対をオンさせた後に当該第1素子対をオンさせるか、当該第2素子対をオンさせた後に当該第2素子対をオンさせるか、を決定する決定手段と
を含む溶接用電源装置。 An inverter circuit that converts a direct current into an alternating current using a first element pair and a second element pair, each of which includes four switching elements arranged in a bridge shape, and each pair of two switching elements located diagonally;
A transformer for transforming alternating current output from the inverter circuit;
Rectifying the alternating current output from the transformer, and outputting a direct current toward the welding wire; and
Based on the output from the inverter circuit, the first pair of elements is turned on after the first pair of elements is turned on, or the first pair of elements is turned on after the second pair of elements is turned on. Determining means for determining whether to turn on the first element pair after turning on the first element pair, or turning on the second element pair after turning on the second element pair And a power supply for welding.
前記整流回路から溶接ワイヤに流れる溶接電流の大きさに基づいて前記インバータ回路における前記複数のスイッチング素子を制御し、
前記インバータ回路から前記変圧器の一次側に印加される一次側印加電圧の累積値に基づき、前記インバータ回路で次にオンさせるスイッチング素子を決定すること
を特徴とする出力制御方法。 An inverter circuit that includes a plurality of switching elements constituting a bridge circuit, converts direct current into alternating current, a transformer that transforms alternating current output from the inverter circuit, and rectifies alternating current output from the transformer into direct current An output control method for a welding power supply device including a rectifier circuit,
Controlling the plurality of switching elements in the inverter circuit based on the magnitude of the welding current flowing from the rectifier circuit to the welding wire;
An output control method comprising: determining a switching element to be turned on next in the inverter circuit based on a cumulative value of a primary side applied voltage applied from the inverter circuit to a primary side of the transformer.
前記インバータ回路からの出力を取得し、
前記インバータ回路から取得した出力に基づき、当該インバータ回路に対し、前記第1素子対をオンさせた後に前記第2素子対をオンさせるか、当該第2素子対をオンさせた後に当該第1素子対をオンさせるか、当該第1素子対をオンさせた後に当該第1素子対をオンさせるか、当該第2素子対をオンさせた後に当該第2素子対をオンさせるか、を決定すること
を特徴とする出力制御方法。 An inverter circuit that converts a direct current into an alternating current using a first element pair and a second element pair, each of which includes four switching elements arranged in a bridge shape, and each pair of two switching elements located diagonally; An output control method of a power supply apparatus for welding, including a transformer that transforms alternating current output from the inverter circuit, and a rectifier circuit that rectifies alternating current output from the transformer and outputs direct current toward a welding wire. There,
Obtaining the output from the inverter circuit;
Based on the output obtained from the inverter circuit, the first element pair is turned on after the first element pair is turned on for the inverter circuit, or the first element is turned on after the second element pair is turned on. Deciding whether to turn on the pair, turn on the first element pair after turning on the first element pair, or turn on the second element pair after turning on the second element pair An output control method characterized by the above.
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